一种基于风机叠加的智能分体加压控制系统和方法与流程

本发明属于建筑材料检测领域，涉及一种基于风机叠加的智能分体加压控制系统和方法。

背景技术：

本领域通常使用的加压控制系统包括检测部分、控制器和执行部分；其中检测部分由模拟信号采集模块和压力传感器组成，控制器由计算机和控制模块组成，执行部分由变频器和主风机组成；计算机的信号输出端通过常规的控制模块分别作为变频器的输入端，变频器的信号输出端连接主风机的输入端。静压箱输出端连接压力传感器的输入端；压力传感器信号输出端连接采集模块的输入端，采集模块的信号输出端连接计算机的信号输入端。由于根据国家标准要求，原有设备中风压控制有大幅度提升要求，原有的风机、控制风机的变频器及控制电路无法满足要求。只能更换大功率风机、变频器和控制电路，造成设备改造成本的大幅度增加，且施工时间增加。

技术实现要素：

发明目的

本方发明通过增加辅助风机，新旧风机串联工作，及对原有控制电路的改造，实现分别控制，实现不同工况气压的线性调节，解决现有加压控制系统为了满足国家标准耗能的问题，达到高效节能的目的。

技术方案

一种基于风机叠加的智能分体加压控制系统，包括检测部分、控制器和执行部分；所述检测部分由采集模块和压力传感器组成，所述控制器由计算机和控制模块组成，所述执行部分由变频器和主风机组成；计算机的信号输出端通过控制模块作为变频器的输入端，变频器的信号输出端连接主风机的输入端，其特征在于：本系统还包括有附加控制器，附加控制器由辅助风机和附加电路组成；所述变频器的信号输出端还连接附加电路的输入端，附加电路的输出端分别连接主风机与辅助风机的输入端，辅助风机与主风机串联；静压箱输出端连接压力传感器的输入端；压力传感器信号输出端连接采集模块的输入端，采集模块的信号输出端连接计算机的信号输入端。

所述辅助风机与主风机是通过法兰串联的，主风机与辅助风机连接处设有阶梯胶条安装槽，外包覆有一圈密封胶条。

所述密封胶条的内圈设有两个凸起，每个凸起是发泡多孔结构，密度小于外圈的材料。

所述附加电路包括有制动电阻r1、变频器、主风机、辅助风机、接触器km1、接触器km2、接触器km3、中间继电器ka1、固态继电器ssr、24v开关电源和板卡812pg，制动电阻r1的两端分别连接变频器的制动电阻连接端子p1和pb，变频器的380v三相电源输入端r、s和t分别连接三相电源的火线端l1、l2和l3，变频器的380v三相电源输入端r、s和t还分别连接接触器km2的输入端l1、l2和l3，接触器km2的输入端l3还同时连接24v开关电源的输入端l和中间继电器ka1的公共端9，三相电源的零线端n同时与24v开关电源的零线输入端n和中间继电器ka1的公共端12连接，变频器的输出端u、v和w分别连接接触器km1的输入端l1、l2和l3，接触器km1的输入端l1、l2和l3还同时分别连接接触器km3的输入端l1、l2和l3，接触器km3的输出端t1、t2和t3分别连接辅助风机的输入端u、v和w，接触器km1的输出端t1、t2和t3分别连接主风机的输入端u、v和w，接触器km1的输出端t1、t2和t3还分别连接接触器km2的输出端t1、t2和t3，接触器km1的线圈端a1和线圈端a2分别连接中间继电器ka1的常闭端1和常闭端4，中间继电器ka1的常开端5和常开端8分别连接接触器km2的线圈端a1和线圈端a2，中间继电器ka1的常开端5和常开端8还同时分别连接接触器km3的线圈端a1和线圈端a2，变频器的模拟量输入端子ai1和gnd分别连接计算机中的板卡812pg的模拟量输出端子ao0和agnd，板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd分别连接固态继电器ssr的输入端in的“+”端和“-”端，固态继电器ssr的输出端out的“+”端连接中间继电器ka1的线圈端13，固态继电器ssr的输出端out的“-”端连接24v开关电源的“-”端，24v开关电源的“+”端连接中间继电器的线圈端14；制动电阻r1为50ω；

板卡812pg的ai10端与压力变送器的输出端out相连，板卡812pg的agnd端与压力变送器的输出端gnd相连，通过板卡812pg的ai10端和agnd端采集到的电压信号转换成压力值，板卡812pg的模拟量输出端子ao0和agnd能够由计算机控制输出0～10v直流模拟量控制电压，供给变频器的控制板上的模拟量输入端子ai1和gnd进行频率调整；变频器的控制板上的模拟量输入端子ai1和gnd接收来自板卡812pg的0～10v控制信号，改变输出频率0～50hz；板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd能够由计算机控制输出一组数字量ttl电平，供给固态继电器ssr的输入端in，控制固态继电器ssr的输出端out的通断，起到开关作用；固态继电器ssr，不工作时输出端out断路，当输入端in收到板卡的ttl电平时，输出端out通路，能够使中间继电器ka1的线圈端13和线圈端14连接到24v开关电源的24v输出端，进而中间继电器ka1工作；

接触器km3不工作时，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1断开，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2断开，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3断开；当接触器km3的线圈端a1与接触器km3的线圈端a2接收到220v交流电压时，接触器km3工作，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1通路，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2通路，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3通路，相当于变频器输出端u、v和w与辅助风机输入端u、v和w相连接，变频器控制辅助风机；

接触器km1工作时，接触器km1的输入端l1与接触器km1的输出端t1通路，接触器km1的输入端l2与接触器km1的输出端t2通路，接触器km1的输入端l3与接触器km1的输出端t3通路，变频器控制主风机；

km2工作时，接触器km2的输入端l1与接触器km2的输出端t1通路，接触器km2的输入端l2与接触器km2的输出端t2通路，接触器km2的输入端l3与接触器km2的输出端t3通路，主风机的供电直接由380v供给；

当中间继电器ka1不工作时，板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd无输出信号，中间继电器ka1的常闭端1与中间继电器ka1的公共端9通路，中间继电器ka1的常闭端4与中间继电器ka1的公共端12通路，中间继电器ka1的常开端5与中间继电器ka1的公共端9断开，中间继电器ka1的常开端8与中间继电器ka1的公共端12断开，220v电源供给接触器km1的线圈端a1和线圈端a2端子，此时接触器km1工作，接触器km2和接触器km3不工作，接触器km1的输入端l1与接触器km1的输出端t1通路，接触器km1的输入端l2与接触器km1的输出端t2通路，接触器km1的输入端l3与接触器km1的输出端t3通路，此时变频器控制主风机，变频器与辅助风机断开；

当板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd输出ttl电平时，中间继电器ka1工作，中间继电器ka1的常开端5与中间继电器ka1的公共端9通路，中间继电器ka1的常开端8与中间继电器ka1的公共端12通路，中间继电器ka1的常闭端1与中间继电器ka1的公共端9断开，中间继电器ka1的常闭端4与中间继电器ka1的公共端12断开，此时接触器km1不工作，接触器km2和接触器km3工作，接触器km2的输入端l1与接触器km2的输出端t1通路，接触器km2的输入端l2与接触器km2的输出端t2通路，接触器km2的输入端l3与接触器km2的输出端t3通路，此时380v电压直接供给主风机的输入端u、v和w，主风机满频率工作，接触器km1不工作，进而变频器输出端u、v和w与主风机的输入端u、v和w脱开，接触器km3工作，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1通路，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2通路，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3通路，变频器控制辅助风机；变频器控制辅助风机运行，主风机满频率满负荷运转。

一种如上述基于风机叠加的智能分体加压控制系统的控制方法，其特征在于：

该方法步骤如下：

步骤1、设置设备需要达到的压力等级及目标压力值，根据用户设置启动变频器的最低电压，并以8-12秒以每秒0.83-1.25v电压逐步增加控制信号电压；

步骤2、检测模块中的传感器检测静压箱的压力参数及风机转速，然后通过计算机的板卡812pg将采集的压力信号，根据压力值调整模拟电压信号输出给变频器，判断模拟电压信号是否达到最大值10v；如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤3；

步骤3、判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤4，如果否，控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速传送控制信号至执行部分，然后执行步骤5；

步骤4、采用增量型控制pid算法增加计算机输出电压，然后执行步骤3；

优化算法描述如下：

yp＝α*xb+β

vt＝xb-δ

pi:试验中各个阶段的压力

bi:试验中各个阶段的风机输入控制信号

yp:目标压力值

xb:预测变频器控制信号值

vt:实际变频器输入信号

δ:为常量系数，范围是(0.2v-0.5v)

在首次实现气体压力控制的参数输出是根据初始条件参数设定后，通过pid算法的控制，给出控制变频器的电压信号，通过闭环的控制实现对压力的控制。

步骤5、依据上述优化算法算法的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤6；

步骤6、判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤8，如果否，执行步骤9；

步骤7、启动主风机满负荷运行，同时采用pid控制方法调节计算机输出电压，从而调节辅助风机转速，实现风压控制，然后执行步骤3；

步骤8、采用pid控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤6；

步骤9、判断是否控制下一级目标压力值，如果是，执行步骤5，如果否，结束。

所述计算机中的存储单元储存储每级预定压力值到达时，对应输出给变频器的电压控制信号，并根据压力值与变频器输入压力值，计算出下一级预定压力所需要的压力控制信号。

主风机满负荷运行时无法到达预定压力值时，启动辅助风机。

当主风机满负荷运行时，对辅助风机进行pid调控运行。

优点及效果

与其它的压力控制技术相比，本发明基于风机叠加的智能分体加压控制系统在原有系统在升级改造过程中最大可能保留原有机械、电气结构不变的前提下，植入附加控制器部分。并综合考虑不同工况呈线性变化的气压变化因素，建立一个融合多参数于一体的最优模型，快速的调整风机转速，改善上述现有技术的缺点，能够全面的考虑影响增压时间的影响因素以及影响因素之间的耦合关系，极大地提高压力控制系统的控制精度和准确性，并有效缩短控制时间。结构简化、施工方便、生产效率提高并降低了成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明总体连接示意图；

图2是本发明电路连接示意图；

图3是本发明控制流程图；

图4是主风机和辅助风机连接处设有密封胶条的示意图；

图5是主风机和辅助风机连接处设有密封胶条的分体示意图；

图6密封胶条结构示意图。

附图标记说明：10.阶梯胶条安装槽、20.凸起、100.主风机、150.密封胶条、200.辅助风机。

具体实施方式

如图1所示，一种基于风机叠加的智能分体加压控制系统，包括检测部分、控制器和执行部分；所述检测部分由采集模块和压力传感器组成，所述控制器由计算机和控制模块组成，所述执行部分由变频器和主风机组成；计算机的信号输出端通过控制模块作为变频器的输入端，变频器的信号输出端连接主风机的输入端，本系统还包括有附加控制器，附加控制器由辅助风机和附加电路组成；所述变频器的信号输出端还连接附加电路的输入端，附加电路的输出端分别连接主风机与辅助风机的输入端，辅助风机与主风机串联；静压箱输出端连接压力传感器的输入端；压力传感器信号输出端连接采集模块的输入端，采集模块的信号输出端连接计算机的信号输入端。

如图4-图6所示，辅助风机200与主风机100是通过法兰串联的，主风机100与辅助风机200连接处设有阶梯胶条安装槽10，外包覆有一圈密封胶条150。密封胶条150的内圈设有两个凸起20，每个凸起20是发泡多孔结构，密度小于外圈的材料。

如图2所示，附加电路包括有制动电阻r1、变频器、主风机、辅助风机、接触器km1、接触器km2、接触器km3、中间继电器ka1、固态继电器ssr、24v开关电源和板卡812pg，制动电阻r1的两端分别连接变频器的制动电阻连接端子p1和pb，变频器的380v三相电源输入端r、s和t分别连接三相电源的火线端l1、l2和l3，变频器的380v三相电源输入端r、s和t还分别连接接触器km2的输入端l1、l2和l3，接触器km2的输入端l3还同时连接24v开关电源的输入端l和中间继电器ka1的公共端9，三相电源的零线端n同时与24v开关电源的零线输入端n和中间继电器ka1的公共端12连接，变频器的输出端u、v和w分别连接接触器km1的输入端l1、l2和l3，接触器km1的输入端l1、l2和l3还同时分别连接接触器km3的输入端l1、l2和l3，接触器km3的输出端t1、t2和t3分别连接辅助风机的输入端u、v和w，接触器km1的输出端t1、t2和t3分别连接主风机的输入端u、v和w，接触器km1的输出端t1、t2和t3还分别连接接触器km2的输出端t1、t2和t3，接触器km1的线圈端a1和线圈端a2分别连接中间继电器ka1的常闭端1和常闭端4，中间继电器ka1的常开端5和常开端8分别连接接触器km2的线圈端a1和线圈端a2，中间继电器ka1的常开端5和常开端8还同时分别连接接触器km3的线圈端a1和线圈端a2，变频器的模拟量输入端子ai1和gnd分别连接计算机中的板卡812pg的模拟量输出端子ao0和agnd，板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd分别连接固态继电器ssr的输入端in的“+”端和“-”端，固态继电器ssr的输出端out的“+”端连接中间继电器ka1的线圈端13，固态继电器ssr的输出端out的“-”端连接24v开关电源的“-”端，24v开关电源的“+”端连接中间继电器的线圈端14；制动电阻r1为50ω；

板卡812pg的ai10端与压力变送器的输出端out相连，板卡812pg的agnd端与压力变送器的输出端gnd相连，通过板卡812pg的ai10端和agnd端采集到的电压信号转换成压力值，板卡812pg的模拟量输出端子ao0和agnd能够由计算机控制输出0～10v直流模拟量控制电压，供给变频器的控制板上的模拟量输入端子ai1和gnd进行频率调整；变频器的控制板上的模拟量输入端子ai1和gnd接收来自板卡812pg的0～10v控制信号，改变输出频率0～50hz；板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd能够由计算机控制输出一组数字量ttl电平，供给固态继电器ssr的输入端in，控制固态继电器ssr的输出端out的通断，起到开关作用；固态继电器ssr，不工作时输出端out断路，当输入端in收到板卡的ttl电平时，输出端out通路，能够使中间继电器ka1的线圈端13和线圈端14连接到24v开关电源的24v输出端，进而中间继电器ka1工作；

接触器km3不工作时，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1断开，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2断开，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3断开；当接触器km3的线圈端a1与接触器km3的线圈端a2接收到220v交流电压时，接触器km3工作，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1通路，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2通路，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3通路，相当于变频器输出端u、v和w与辅助风机输入端u、v和w相连接，变频器控制辅助风机；

接触器km1工作时，接触器km1的输入端l1与接触器km1的输出端t1通路，接触器km1的输入端l2与接触器km1的输出端t2通路，接触器km1的输入端l3与接触器km1的输出端t3通路，变频器控制主风机；

km2工作时，接触器km2的输入端l1与接触器km2的输出端t1通路，接触器km2的输入端l2与接触器km2的输出端t2通路，接触器km2的输入端l3与接触器km2的输出端t3通路，主风机的供电直接由380v供给；

当中间继电器ka1不工作时，板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd无输出信号，中间继电器ka1的常闭端1与中间继电器ka1的公共端9通路，中间继电器ka1的常闭端4与中间继电器ka1的公共端12通路，中间继电器ka1的常开端5与中间继电器ka1的公共端9断开，中间继电器ka1的常开端8与中间继电器ka1的公共端12断开，220v电源供给接触器km1的线圈端a1和线圈端a2端子，此时接触器km1工作，接触器km2和接触器km3不工作，接触器km1的输入端l1与接触器km1的输出端t1通路，接触器km1的输入端l2与接触器km1的输出端t2通路，接触器km1的输入端l3与接触器km1的输出端t3通路，此时变频器控制主风机，变频器与辅助风机断开；

当板卡812pg的数字量输出端子do15和dgnd输出ttl电平时，中间继电器ka1工作，中间继电器ka1的常开端5与中间继电器ka1的公共端9通路，中间继电器ka1的常开端8与中间继电器ka1的公共端12通路，中间继电器ka1的常闭端1与中间继电器ka1的公共端9断开，中间继电器ka1的常闭端4与中间继电器ka1的公共端12断开，此时接触器km1不工作，接触器km2和接触器km3工作，接触器km2的输入端l1与接触器km2的输出端t1通路，接触器km2的输入端l2与接触器km2的输出端t2通路，接触器km2的输入端l3与接触器km2的输出端t3通路，此时380v电压直接供给主风机的输入端u、v和w，主风机满频率工作，接触器km1不工作，进而变频器输出端u、v和w与主风机的输入端u、v和w脱开，接触器km3工作，接触器km3的输入端l1与接触器km3的输出端t1通路，接触器km3的输入端l2与接触器km3的输出端t2通路，接触器km3的输入端l3与接触器km3的输出端t3通路，变频器控制辅助风机；变频器控制辅助风机运行，主风机满频率满负荷运转。

三相电源具体相间电压如下：

(1)三相电源火线端l1与三相电源零线端n之间为220v交流电压。

(2)三相电源火线端l2与三相电源零线端n之间为220v交流电压。

(3)三相电源火线端l3与三相电源零线端n之间为220v交流电压。

(4)三相电源火线端l1与l2之间为380v交流电压。

(5)三相电源火线端l1与l3之间为380v交流电压。

(6)三相电源火线端l2与l3之间为380v交流电压。

其中(1)～(3)均可作为民用220v使用，可连接家用电器；而(4)～(6)方式不可接民用电器。

因此可以在电路图中看到，“24v开关电源”和“ka1”是在l3和n两根线取220v电，而变频器则是用由l1、l2和l3取380v电。

开关电源可将“交流220v”变换成“直流24v”。而正常情况下开关电源使用的较多，优点在于发热少、更环保、适应电压范围宽等。

一种上述基于风机叠加的智能分体加压控制系统的控制方法，方法步骤如下：

步骤1、设置设备需要达到的压力等级及目标压力值，根据用户设置启动变频器的最低电压，并以8-12秒以每秒0.83-1.25v电压逐步增加控制信号电压；

步骤2、检测模块中的传感器检测静压箱的压力参数及风机转速，然后通过计算机的板卡812pg将采集的压力信号，根据压力值调整模拟电压信号输出给变频器，判断模拟电压信号是否达到最大值10v。如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤3；

步骤3、判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤4，如果否，控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速传送控制信号至执行部分，然后执行步骤5；

步骤4、采用增量型控制pid算法增加计算机输出电压，然后执行步骤3；

优化算法描述如下：

yp＝α*xb+β

vt＝xb-δ

pi:试验中各个阶段的压力

bi:试验中各个阶段的风机输入控制信号

yp:目标压力值

xb:预测变频器控制信号值

vt:实际变频器输入信号

δ:为常量系数，范围是(0.2v-0.5v)

在首次实现气体压力控制的参数输出是根据初始条件参数设定后，通过pid算法的控制，给出控制变频器的电压信号，通过闭环的控制实现对压力的控制。

步骤5、依据上述优化算法的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤6；

步骤6、判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤8，如果否，执行步骤9；

步骤7、启动主风机满负荷运行，同时采用pid控制方法调节计算机输出电压，从而调节辅助风机转速，实现风压控制，然后执行步骤3；

步骤8、采用pid控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤6；

步骤9、判断是否控制下一级目标压力值，如果是，执行步骤5，如果否，结束。

计算机中的存储单元存储每级预定压力值到达时，对应输出给变频器的电压控制信号，并根据压力值与变频器输入电压值，计算出下一级预定压力所需要的压力控制信号。

主风机满负荷运行时无法到达预定压力值时，启动辅助风机。当主风机满负荷运行时，对辅助风机进行pid调控运行。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。